復雜高層與超高層建筑結構設計要點探究

王洪民 黃榮

摘 要：而隨著我國經濟市場的不斷發展，復雜高層與超高層建筑工程的項目建設需求也逐漸增大。而其中結構設計，是保證建筑安全、合理、經濟的主要因素。但是目前，我國的復雜高層與超高層建筑結構的設計中，還存在一些亟待解決問題，需要進一步分析并找出應對策略。

關鍵詞：復雜高層;超高層建筑;結構的設計;要點

1 復雜高層與超高層建筑結構設計概述

為保證我國高層建筑結構設計的安全性和經濟性，我國《建筑抗震設計規范》（GB 50011-2010）（以下簡稱抗規）、《高層建筑混凝土結構技術規程》（JGJ 3--2010）（以下簡稱高層混凝土規程）和《高層民用建筑鋼結構技術規程》（JGJ 99-98）（以下簡稱高鋼規）均對高層建筑的適用高度、結構平面布置和結構豎向布置的規則性提出了明確要求。但是，隨著社會經濟的發展、計算分析手段的完善、結構材料性能的提高、加工工藝的進步和施工技術水平的提升，在建設單位和建筑師對建筑效果新、奇、特，以及部分地區對建筑物高度的追求下，造型突破傳統、高度超限的大量復雜高層建筑紛呈出現。結構復雜性主要體現在三大方面：高度超限、結構平面布置不規則、結構豎向布置不規則。國內部分高度超限的復雜高層建筑有上海中心大廈、深圳平安國際金融中心、天津高銀117大廈、廣州東塔周大福中心的結構高度分別達到580、588、597和518m。結構平面與豎向嚴重不規則的高層建筑中，CCTV新址主樓和法門寺合十舍利塔最具代表性。

2 復雜高層與超高層建筑設計的考慮因素

2.1 結構方案與結構類型

建筑物的結構方案是其設計的基本框架，也是該建筑物設計工作的第一步，對于復雜高層和超高層建筑來說，結構方案和結構類型更是其質量的保證。建筑物的舒適度和抗震能力等都是圍繞這個基本框架進行的，如果第一步做錯的話，在后面的步驟才發現錯誤，就需要將整個設計方案推翻重做，造成不必要的浪費，如果在施工過程中才發現不合理，不但會影響工程如約按期完成交工，而且會給設計者造成直接的經濟損失。因此，在考慮復雜高層與超高層建筑的設計時，首先必須選擇合理的結構方案。

2.2 結構舒適度

復雜高層與超高層建筑由于建筑高度較高，所以在建筑結構上相對來說更不容易保持一定的安全性，該類型建筑的結構與一般建筑相比更為柔軟，一般來說結構柔軟的建筑物的結構舒適度會差一些，因此在復雜高層與超高層建筑設計中還要考慮舒適度這個因素。舒適度分析按建筑結構不同一般分為兩種，一種是混凝土結構的建筑物，另一種是混合或鋼結構的建筑物，這兩種不同結構的建筑物對阻尼比的要求也不相同，前者要求在0.05，后者則是0.01-0.02。或者按照建筑使用功能不同進行舒適度分析，各種不同建筑功能的建筑物之間的水平振動指標限值不同，例如公寓型住宅建筑的水平振動指標區間要求與公共類建筑不同。因此，對于不同建筑功能的建筑物要根據其不同用途進行設計，可以在一定程度上提高該建筑物的結構舒適度。

2.3 抗震設防烈度

復雜高層與超高層建筑和一般建筑相比有一個明顯的區別，就是建筑高度比其他建筑更高。與此相對的，復雜高層與超高層建筑對建筑地區的抗震設防烈度的要求也比較高。按照現有的復雜高層與超高層建筑設計經驗，建筑高度超過100m的建筑物的具體高度與該地區的抗震設防烈度有很大關系。建筑設計行業不成文的規定一般認為，抗震設防烈度在6度及以下的地區可以建造復雜高層與超高層建筑，抗震設防烈度在6-8度的地區可以建造高度不超過300m的復雜高層與超高層建筑，抗震設防烈度在8度以上的地區不適合建造復雜高層與超高層建筑。

3 復雜高層與超高層建筑結構設計的要點

3.1 計算載荷

3.1.1 風載荷計算

隨著建筑高度不斷增加，風載荷對建筑結構穩定性的影響也越來越明顯。而在開展有關風荷載的研究中，通常以100年重現期的風荷載設計結構構件承載力，以50年重現期風荷載控制構件承載力，對高度大于等于200m的建筑物進行風洞試驗。在計算風載荷過程中，需要根據相應的高層、超高層建筑結構的設計標準，并結合當地歷史的風力變化資料進行研究，以掌握風載荷的波動范圍，并在設計過程中充分考慮到風荷載余量對建筑結構的影響，確保建筑結構能充分適應當地的風載荷要求，保證建筑結構的穩定性。

3.1.2 地震載荷計算

地震載荷是載荷問題研究中的關鍵內容，也是復雜高層、超高層建筑結構設計中的基礎性內容之一。一般認為，如果復雜高層、超高層建筑結構自振周期為6.0-9.0s，而建筑結構設計的地震載荷影響系數約為6.0s，那么在地震載荷問題的研究中，需要將地震載荷影響系數設計在6.0-10.0s范圍內，并以此為基礎開展數據的計算。

3.2 抗震設計

3.2.1 對倒塌水準的研究

在分析倒塌水準過程中，需要注意以下幾點問題：

（1）在研究建筑的延性結構構件過程中，需要規定非彈性形變小于構件的彈性形變能力;

（2）針對建筑結構中存在的一些非延性部件，需要充分考慮破壞模式的應力特征與要求，并重視對其相關技術內容的研究;

（3）在開展有關建筑結構設計過程中，應保證建筑物結構具有良好的穩定性，并確保其至少具有中等地震抗性作用，并即使在中等地震的影響下依然能保證建筑結構的彈性。

3.2.2 對使用水準的研究

對于地震重現期為50a的地震，此時其對建筑結構的損傷是忽略不計的，但在相應的結構設計分析中，需要相應的研究其彈性反應狀態，以更全面的獲取與建筑相關的資料。

4 結束語

總而言之，在復雜高層以及超高層建筑結構設計過程中，應當不斷提高設計質量和專業水平，這是非常關鍵的;不僅可以為用戶提供安全、舒適的建筑環境，而且可以提高建筑工程的經濟效益和社會效益，所以復雜高層與超高層建筑設計過程中，應當準確把握結構設計要點。

參考文獻：

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